Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 6
АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 10
1.1. Химический состав и свойства недревесного
растительного сырья 10
Использование отходов однолетних растений 23
Использование сопутствующих компонентов
недревесного растительного сырья 26
1.4. Производство целлюлозы из недревесного
растительного сырья 28
Реагенты для органосольвентных способов делигнификации 34
Окислительные органосольвентные способы
получения целлюлозы 35
Химизм делигнификации при органосольвентных варках... 38
Способы регенерации растворителя при окислительных
органосольвентных варках 43
Регенерация уксусной кислоты 43
Регенерация муравьиной кислоты 45
1.9. Задачи исследования 48
МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 49
Анализ исходного сырья 49
Обработка растительного сырья 49
Окислительно-органосольвентные варки недревесного растительного сырья ; 50
Приготовление и анализ равновесной пероксиуксусной кислоты 51
2.4.1. Анализ исходных химических реагентов 51
2.4.2. Расчет количеств исходных реагентов, необходимых
для приготовления равновесной перуксусной кислоты... 52
Анализ равновесной перуксусной кислоты 54
Определение остаточного количества перуксусной кислоты и пероксида водорода в отработанном растворе..55
Определение константы скорости реакции разложения пероксидных соединений 56
Анализ технической целлюлозы 57
Методика математической обработки экспериментальных данных 60
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 61
Получение волокнистых полуфабрикатов окислительно-органосольвентным способом 61
Характеристика недревесного растительного сырья 63
Солома риса 63
Солома овса 75
Солома гречихи 84
Шелуха риса 91
Шелуха гречихи 99
3.3 Сравнительный анализ результатов варок
исследуемого сырья 106
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 109
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 114
5.1. План производства и реализации продукции 114
Расчет производственной мощности цеха 114
Расчет капитальных вложений 117
Расчет потребности в сырье и химикатах 118
5.2. План по труду и кадрам. Расчет эффективного фонда
рабочего времени одного рабочего в год 120
5.3. План по себестоимости, прибыли и рентабельности 123
Калькулирование себестоимости продукции 123
Планирование прибыли и рентабельности 124
Основные показатели деятельности цеха 126
Оценка коммерческой эффективности проекта 128
Безубыточность производства продукции 131
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 135
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 136
ПРИЛОЖЕНИЯ 148
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время недревесное растительное сырье, в частности, отходы сельскохозяйственных культур не находят квалифицированного применения, так как большая часть их остается на полях и обычно сжигается, тем самым, причиняя экологический ущерб окружающей среде. Особо остро проблема переработки отходов сельского хозяйства стоит для тех территорий (Китай, Индия, страны СНГ, ряд российских регионов), где воспроизводство крупяных и хлебных злаков является основной отраслью, на которой строится их благосостояние. Основным достоинством недревесного сырья является его ежегодная воспроизводимость и невысокая стоимость. В то же время, однолетние растения являются источником ряда ценных продуктов природного происхождения, в том числе и целлюлозы. Получение целлюлозы из недревесного растительного сырья возможно, как традиционными щелочными способами делигнификации, так и современными, например, окислительно-органосольвентными. Органосольвентные способы делигнификации, являясь экологически малоопасными, позволяют получать техническую целлюлозу с высоким выходом и уникальными свойствами в одну стадию без применения хлорсодержащих реагентов. Однако отсутствие систематических исследований по разработке технологических аспектов получения и возможных областей применения препятствует широкому внедрению.
Все сказанное выше свидетельствует об актуальности исследований по разработке современных технологий, обеспечивающих комплексное использование отходов крупяных и злаковых культур как сырьевого материала для целлюлозно-бумажной и химической промышленности.
Целью работы является разработка способа получения технической целлюлозы окислительно-органосольвентной делигнификацией недревесного растительного сырья и оценка областей ее применения.
Для достижения цели решались следующие задачи:
изучение морфологического и анатомического строения и химического состава стеблей и оболочек зерновых культур для обоснования их дальнейшего использования;
исследование порядка и условий выделения компонентов из растительного сырья;
- изучение кинетики процесса органосольвентной делигнификации,
разработка и научное обоснование технологии получения целлюлозы по
данному способу из недревесного растительного сырья;
изучение свойств целлюлозосодержащих материалов и оценка области их применения;
оценка технико-экономических показателей производства целлюлозы по предлагаемой технологии.
Научная новизна.
Изучена возможность получения целлюлозы их отходов однолетних растений окислительно-органосольвентным способом композицией на основе перуксусной кислоты. Установлено, что в композиции роль делигнифици-рующего реагента выполняет перуксусная кислота, а сам процесс делигнификации описывается уравнением реакции первого порядка.
Показано, что расход перуксусной кислоты на варку снижается с учетом выделения сопутствующих компонентов. Скорость делигнификации соломы и шелухи зависит от анатомического и морфологического строения исходного сырья.
Установлены закономерности делигнификации растительного сырья при окислительно-органосольвентном способе.
Выявлено, что полученная по предложенному способу техническая целлюлоза из однотипного растительного сырья обладает различными физико-химическими характеристиками. Специфические свойства полученной целлюлозы позволяют использовать ее не только в целлюлозно-бумажной промышленности, но и в медицинской, фармацевтической отраслях.
8 Практическая значимость.
Разработан научно-обоснованный способ получения технической целлюлозы из различных видов недревесного растительного сырья с предварительным извлечением из него компонентов неволокнистого характера, позволяющий квалифицированно использовать растительные отходы с минимальным техногенным воздействием на окружающую среду.
Апробация работы.
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: II всероссийской научно - технической конференции студентов и аспирантов, (Екатеринбург, 2005 г.); всероссийской студенческой олимпиаде, научно-практической конференции аспирантов и молодых ученых «Энерго- и ресурсосбережение, нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург, 2005, 2006 г.); III всероссийской научной конференции «Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья» (Барнаул, 2007 г); IV всероссийской научно-технической конференции по направлению «Химия, экология и химические технологии» (Екатеринбург, 2008 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 23 работы, в том числе получено 3 патента РФ на изобретение.
Структура и объем диссертации
Диссертация включает в себя: введение; аналитический обзор; методическую часть; экспериментальную часть; технологическую часть; экономическую часть и выводы.
Содержание работы изложено на 151 странице, включая 63 рисунка и 38 таблиц, библиография содержит 104 наименования.
На защиту выносятся
1. Процессы выделения органических и неорганических компонентов из недревесного растительного сырья для получения на заключительной ста-
дии волокнистого полуфабриката окислительно-органосольвентным способом;
Обоснование и выбор расхода перуксусной кислоты, закономерности органосольвентной делигнификации различных видов недревесного растительного сырья;
Научно-обоснованный способ получения технической целлюлозы из различных видов недревесного растительного сырья;
Результаты изучения свойств волокнистых полуфабрикатов из недревесного растительного сырья и определение областей их применения;
Оценка экономической эффективности получения технической целлюлозы по предлагаемой технологии.
